專利名稱：一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法
技術領域：
本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法。
背景技術：
硼泥是硼砂生產中產生的廢渣，其顏色為淺棕色，屬于不易溶性物質，具一定的黏性，可塑性較好，相對密度2.3g/cm3，堆積密度I. 8g/cm3，粒徑150目左右，新產生的硼泥內含30%左右的游離水。硼泥呈堿性，pH值為8 10。硼泥中含有氧化鎂、氧化鈣、氧化鈉等堿性物質。硼泥所排放之處，寸草不生，其堿液可溶入到地下水中，使周圍的農田減產，嚴重者可以使農作物絕產，并且對周圍的飲用水產生污染。由于硼泥顆粒較細，在失去水分以后，常常會隨風飛散，對大氣環境產生污染。硼泥對生態環境的污染、大氣環境的污染已成為一種公害。 大石橋地區是我國硼化物的主產區之一，硼砂企業有近五十年的歷史。大石橋地區硼砂生產線都采用碳堿法組織生產，其工藝過程是將焙燒過的熟硼礦物(90%通過150目)與堿液按固液比I. 4 1. 6混合，配成料漿，投入碳解釜中，升溫至125 135°C，通入二氧化碳，壓力控制在0. 6MPa左右，反應12 24小時，然后在過濾機中進行固液分離，其濾液經結晶離心分離得95%硼砂，再經氣體干燥而得99. 5%硼砂，濾餅為硼泥。生產一噸硼砂就要產生3 4噸硼泥，多年來已經積攢了大量的硼泥，造成了很大的環境污染問題。大石橋地區的鎂橄欖巖是硼鎂礦伴生在一起礦藏，是沉積變質再造型硼礦床，天然的橄欖石礦物中通常含有少量的蛇紋石、云母、透閃石、滑石等，這些礦物在高溫下分解后會產生頑火輝石MgO* Si02等低熔點礦物相。天然鎂橄欖石礦石最大的特點是燒失量大，雜質含量高，近年來采用煅燒工藝對其高溫燒成，也只能做一些低檔耐火材料(如出鋼口填料等)使用，不能生產高檔制品。天然的鎂橄欖石礦物含有(Tl0%的鐵橄欖石，鐵橄欖石熔點低(1205°C)從而影響鎂橄欖石的高溫性能；其中還含有一點Si02、Al2O3等雜質，它們可以形成鈣鎂橄欖石(CaO MgO SiO2),透輝石(CaO Al2O 2Si02),鈣長石(CaO-Al2O3 2Si02)，堇青石(2Mg0 2A1203 5Si02)等低熔物，降低制品的耐火度和荷重軟化溫度；天然鎂橄欖石組成成分的復雜性，決定了其燒結后礦物組成的多樣性，進而造成其物理化學性質的不穩定性，從而影響了其在耐火材料生產和應用中的推廣。現有的技術中也有采用天然鎂橄欖石與輕燒氧化鎂等混合后高溫焙燒，制備合成鎂橄欖石的方法，焙燒時采用白煤作為燃料，制備成本較高，且合成效果并不理想。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，采用硼泥作為原料制備合成鎂橄欖石，在治理硼泥的環境污染同時，制備出性能良好的鎂橄欖石。本發明的制備方法按以下步驟進行
I、將粒度均為15(T240目的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0、. 3:0. 5^0. 8 ；2、向混合物料中加入結合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的廣3% ；
3、向結合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結合物料總重量的12 15%，然后用壓球機壓制成球狀物料，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養護至少24h ；
4、將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6 7:1，然后加熱至155(T165(TC保溫:T4h進行高溫煅燒，制成合成鎂橄欖石。上述方法的球狀物料的直徑為3(T60mm。上述的合成鎂橄欖石的成分按重量百分比含Mg06(T70%，Si022(T32%，Fe2033^7%,Al2O3L 3^2. 2%，Ca02. 2 2. 5%，B2O3O. 5^1%,余量為燒失成分和少量雜質，體積密度
2.65 2. 8g/cm3,粒度 5 40mm。 上述方法中的硼泥為硼砂生產過程中排放的廢渣經放置自然干燥后的物料，其成分按重量百分比含 SiO2 25 30%，Fe2O3 3^6%, Al2O3 I 4%，CaO I 3%，Mg0 35 45%，B2O3I 2%，余量為燒失成分；粒度為100 200目。上述方法中的輕燒氧化鎂粉的成分按重量百分比為Si023 7%，Fe2O3O. 5^2%, Al2O30. 5 3%，CaO 1 2%，MgO 80 91%，余量為燒失成分；粒度彡1_。上述方法中的天然橄欖石粉的成分按重量百分比為SiO2 30^40%, Fe2O3 5^8%,Al2O3 0. 5 I. 5%，CaO I 3%，MgO 40 50%，余量為燒失成分和少量雜質；粒度彡1mm。純凈的鎂橄欖石熔點為1890°C，是MgO-SiO2系統中唯一穩定的耐火相，室溫熔點范圍內，M2S (2Mg0 SiO2)沒有同質異象的轉變；隨著二氧化硅含量的增加，出現了較低熔點的相，從這一點考慮，要制成耐火度高、性能優良的鎂橄欖石質耐火材料，應該使組成點盡可能向MgO-SiO2系統相圖的MgO側靠近，也就是使制品中有一定數量的方鎂石相。硼泥的主要礦物組成為含鐵的鎂橄欖石、碳酸鎂及一些非晶質顆粒；本發明的原理是利用硼泥制備耐火材料，加入輕燒鎂粉后高溫燒成可以合成性能優良的耐火原料；加入輕燒氧化鎂粉，提高氧化鎂含量，使硼泥中有害的雜質含量相對減少，還能夠促進高溫生產M2S提高合成材料的耐火度；合成鎂橄欖石耐火材料的組成可以用MgO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-CaO五元系統表示，提高氧化鎂含量后使整個體系移到五元系統的高耐火相部分；硼泥中還含有少量的B2O3，該成分有利于降低燒結溫度，促進晶體的長大；硼泥中加入輕燒氧化鎂粉后，將B2O3的含量相對降低使其含量保持在有利于制品燒結的范圍，提高合成鎂橄欖石制成的耐火材料的綜合性能。本發明采用常規的工藝技術，生產工藝簡便可靠；不僅可以治理多年積攢的硼泥，解決困擾已久的硼泥的環境和生態的污染，還可以打造完善的硼產業鏈，為在鎂資源日益缺乏的今天尋找到滿足使用的新的替代產品，為當地綜合合理利用資源、發展循環經濟樹立典范。本發明的方法生產的合成鎂橄欖石氧化鎂的含量達到60%以上，雜質含量少，在高溫燒結過程中生成更多的高溫礦物相一鎂橄欖石，減少了低熔點相的生成數量，以其為原料制成耐火制品時，能夠提高耐火制品的耐火度及荷重軟化溫度。


圖I為本發明實施例I的合成鎂橄欖石制備方法流程示意圖。圖2為MgO-SiO2系統相圖。
具體實施例方式本發明實施例中采用的硼泥為大石橋地區硼砂生產過程中排放的廢渣，經放置自然干燥后的物料，其成分按重量百分比含SiO2 25 30%，Fe2O3 3 6%，Al2O3 I 4%，CaO I 3%，MgO 35 45%，B2O3I 2%，余量為燒失量成分和少量雜質；粒度為100 200目。本發明實施例中采用的天然鎂橄欖石的成分按重量百分比含SiO2 3(T40%，Fe2O35 8%，Al2O3 0. 5 I. 5%, CaO 1 3%，MgO 40 50%，余量為燒失成分和少量雜質;粒度彡1_。本發明實施例中采用的輕燒氧化鎂的成分按重量百分比含SiO2 3>/o, Fe2O30. 5 2%，Al2O3 0. 5 3%，CaO I 2%，MgO 80 91%，余量為燒失成分；粒度彡1mm。 本發明實施例中采用的結合劑氯化鎂為工業級產品。本發明實施例中采用的煤要求發熱量在6500大卡以上。
實施例I
采用的硼泥成分按重量百分比含SiO2 28. 79%，Fe2O3 4. 95%，Al2O3 2. 16%，CaO 2. 09%,MgO 41. 76%，B2O3L 22%，余量為燒失成分和少量雜質；粒度100 200目；
將天然鎂橄欖石磨細制成15(T240目的細粉；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0. 2:0.8 ;
向混合物料中加入結合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的2% ；
向結合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結合物料總重量的15%，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養護24h ；
將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6:1，然后加熱至1550°C保溫4h，制成合成鎂橄欖石，經化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg068. 62%, Si0221. 63%, Fe2035. 15%, Al2O3L 39%, Ca02. 23%, B2O3O. 72%,余量為燒失成分和少量雜質，體積密度2. 73g/cm3，粒度5 40mm ;制備流程如圖I所示；
將合成鎂橄欖石破碎至粒度< 5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石與200目的中檔鎂砂混合制成耐火原料，其中粒度3 5_的合成鎂橄欖石占20wt%,粒度l 3mm的合成鎂橄欖石占30wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占20wt%，中檔鎂砂占25wt%，然后復配耐火原料總重量3%的固體樹脂粉、0. 4%的烏洛托品和0. 5%的硼酸，制備成中間包干式料，在吉林現代鋼鐵公司取得了連續40小時的使用業績，其抗侵蝕效果和采用92%重燒氧化鎂為主要原料生產的干式料相當。實施例2
采用的硼泥的成分按重量百分比含SiO2 25. 12%,Fe2035. 78%,Al2O3 3. 97%,CaO I. 01%,MgO 44. 65%，B2034. 02%，余量為燒失成分和少量雜質；粒度為100 200目；
將天然鎂橄欖石磨細制成15(T240目的細粉；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0. 16:0. 5 ;
向混合物料中加入結合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的1% ；
向結合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結合物料總重量的14%，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45 ±5 MPa ;再將球狀物料靜置養護36h ；
將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為7:1，然后加熱至1600°C保溫4h，制成合成鎂橄欖石，經化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg063. 28%, Si0224. 53%, Fe2035. 76%, Al2032. 13%, Ca02. 43%, B2O3O. 82%,余量為燒失成分和少量雜質，體積密度2. 78g/cm3,粒度5 40mm ； 將合成鎂橄欖石破碎至粒度< 5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石、氧化鎂含量為92wt%的重燒氧化鎂和噴補料結合劑混合均勻，其中粒度3mm的合成鎂橄欖石占40wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占30wt%,重燒氧化鎂占25wt%，其余為噴補料結合劑，制成轉爐噴補料；在邢臺德龍鋼鐵公司90噸轉爐上使用取得了與全部采用重燒氧化鎂生產的噴補料一致的使用效果。實施例3
采用的硼泥的成分按重量百分比含SiO2 29. 45%，Fe2O3 3. 12%，Al2O3 I. 14%，CaO
2.84%, MgO 35.92%，B2034. 61%，余量為燒失成分和少量雜質；粒度為100 200目；
將天然鎂橄欖石磨細制成15(T240目的細粉；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0. 3:0. 7 ；
向混合物料中加入結合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的2% ；
向結合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結合物料總重量的13 %，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養護48h ；
將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6:1，然后加熱至1650°C保溫3h，制成合成鎂橄欖石，經化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg060. 12%, Si0231. 67%, Fe2033. 04%, Al2O3L 81%, Ca02. 50%, B2O3O. 55%,余量為燒失成分和少量雜質，體積密度2. 79g/cm3,粒度5 40mm ；
將合成鎂橄欖石破碎至粒度< 5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石與200目的中檔鎂砂混合均勻制成中間耐火材料，其中粒度
3、mm的合成鎂橄欖石占20wt%,粒度3mm的合成鎂橄欖石占30wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占20wt%，中檔鎂砂占20% ;然后復配改制浙青和大面料結合劑，制成轉爐大面修補料；在本溪鋼鐵公司和沙鋼的50噸和150噸轉爐上使用，取得了與采用重燒氧化鎂生產的大面料一致的使用效果。實施例4
采用的硼泥的成分按重量百分比含SiO2 26. 56%,Fe2035. 82%,Al2O3 3. 43%,CaO I. 78%,MgO 40.32%，B2034. 39%，余量為燒失成分和少量雜質;粒度為100 200目；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥輕燒氧化鎂粉=1:0. 6 ;
向混合物料中加入結合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的3% ；
向結合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結合物料總重量的12%，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養護24h ；
將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為7:1，然后加熱至1600°C保溫3h，制成合成鎂橄欖石，經化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg069. 11%, Si0221. 92%, Fe2034. 50%，Al2O3L 34%, Ca02. 21%, B2O3O. 51%，余量為燒失成分和少量雜質，體積密度2. 80g/cm3,粒度5 40mm ；
將合成鎂橄欖石破碎至粒度彡5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石與粒度200目的92號制磚砂混合，其中粒度3 5mm的合成鎂橄欖石占20wt%,粒度3mm的合成鎂橄欖石占35wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占20wt%，制磚砂占25wt%，經過高溫隧道窯1500°C燒成后，除了體積密度為2. 55g/cm3略低于重燒鎂磚外，其他使用性能均與重燒鎂磚相當。
權利要求
1.一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，其特征在于按以下步驟進行 (1)將粒度均為15(T240目的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0、. 3:0. 5^0. 8 ； (2)向混合物料中加入結合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的廣3% ； (3 )向結合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結合物料總重量的12 15%，然后用壓球機壓制成球狀物料，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養護至少24h ； (4)將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6 7:1，然后加熱至155(T165(TC保溫3 4h進行高溫煅燒，制成合成鎂橄欖石。
2.根據權利要求I所述的一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，其特征在于所述的合成鎂橄欖石的成分按重量百分比含Mg06(T70%，Si0220 32%，Fe2033 7%，Al2O3L 3 2. 2%，Ca02. 2 2. 5%，B2O3O. 5^1%,余量為燒失成分和少量雜質，體積密度2. 65^2. 8g/cm3,粒度5 40mmo
3.根據權利要求I所述的一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，其特征在于所述的硼泥為硼砂生產過程中排放的廢渣經放置自然干燥后的物料，其成分按重量百分比含SiO225 30%，Fe2O3 3^6%, Al2O3 I 4%，CaO I 3%，MgO 35 45%，B2O3I 2%，余量為燒失成分和少量雜質；粒度為100 200目。
全文摘要
一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，按以下步驟進行(1)將輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料；(2)向混合物料中加入結合劑并混合均勻，獲得結合物料；(3)加入水并混合均勻，用壓球機壓制成球狀物料，再靜置養護；(4)將養護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，加熱至1550~1650℃保溫3~4h，制成合成鎂橄欖石。本發明的方法生產工藝簡便可靠；解決了硼泥對環境和生態的污染，生產的合成鎂橄欖石氧化鎂的含量達到60%以上。
文檔編號C01B33/26GK102745701SQ20111009790
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月19日 優先權日2011年4月19日
發明者丁海威, 聶旺發 申請人:聶旺發